《新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)與控制技術(shù)》第三章【4】DC-AC變換器

1、3.4 DC/AC變換器 DC/AC變換器，又稱為逆變器，是應(yīng)用電力電子器件將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的一種變流裝置，供交流負(fù)載用電或向交流電網(wǎng)并網(wǎng)發(fā)電。隨著石油、煤炭和天然氣等傳統(tǒng)能源的日益減少，新能源的開發(fā)和利用越來越受到重視，逆變器有了更廣泛的應(yīng)用。 逆變技術(shù)可以將蓄電池、太陽能電池和燃料電池等通過新能源技術(shù)獲得的電能變換成交流電以滿足對(duì)電能的需求，因此逆變技術(shù)對(duì)于新能源的開發(fā)和利用起著重要的作用。逆變的概念 逆變與整流相對(duì)應(yīng)，直流電變成交流電。交流側(cè)接電網(wǎng)，為有源逆變。應(yīng)用：直流可逆調(diào)速系統(tǒng)、交流繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速以及高壓直流輸電等。交流側(cè)接負(fù)載，為無源逆變。對(duì)于可控整流電路，滿足一

2、定條件就可工作于有源逆變，其電路形式未變，只是電路工作條件轉(zhuǎn)變。既工作在整流狀態(tài)又工作在逆變狀態(tài)，稱為變流電路。引言引言逆變與變頻變頻電路：分為交交變頻和交直交變頻兩種。交直交變頻由交直變換（整流）和直交變換兩部分組成，后一部分就是逆變。主要應(yīng)用：各種直流電源，如蓄電池、干電池、太陽能電池等。交流電機(jī)調(diào)速用變頻器、不間斷電源、感應(yīng)加熱電源等電力電子裝置的核心部分都是逆變電路。1、 直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)電能的流轉(zhuǎn)a）兩電動(dòng)勢同極性EG EM b）兩電動(dòng)勢同極性EM EG c）兩電動(dòng)勢反極性，形成短路兩個(gè)電動(dòng)勢同極性相接時(shí)，電流總是從電動(dòng)勢高的流向低的，回路電阻小，可在兩個(gè)電動(dòng)勢間交換很大的功率。

3、一、有源逆變2、 逆變產(chǎn)生的條件單相全波電路代替上述發(fā)電機(jī)單相全波電路的整流和逆變交流電網(wǎng)輸出電功率電動(dòng)機(jī)輸出電功率a)b)u10udu20u10aOOwtwtIdidUdEMu10udu20u10OOwtwtIdiddaiVT1iVT2iVT2id=iVT +iVT12id=iVT +iVT12iVT1iVT2iVT1從上述分析中，可以歸納出產(chǎn)生逆變的條件有二：有直流電動(dòng)勢，其極性和晶閘管導(dǎo)通方向一致，其值大于變流器直流側(cè)平均電壓。晶閘管的控制角 /2，使Ud為負(fù)值。半控橋或有續(xù)流二極管的電路，因其整流電壓ud不能出現(xiàn)負(fù)值，也不允許直流側(cè)出現(xiàn)負(fù)極性的電動(dòng)勢，故不能實(shí)現(xiàn)有源逆變。欲實(shí)現(xiàn)有源逆變

4、，只能采用全控電路。逆變和整流的區(qū)別：控制角 不同 0 p /2 時(shí)，電路工作在整流狀態(tài)。 p /2 p /2時(shí)的控制角用p- = b表示，b 稱為逆變角。逆變角b和控制角a的計(jì)量方向相反，其大小自b =0的起始點(diǎn)向左方計(jì)量。以單相橋式逆變電路為例說明最基本的工作原理二、無源逆變電路的基本工作原理逆變電路及其波形舉例負(fù)載a)b)tS1S2S3S4iouoUduoiot1t2S1S4是橋式電路的4個(gè)臂，由電力電子器件及輔助電路組成。S1、S4閉合，S2、S3斷開時(shí)，負(fù)載電壓uo為正。S1、S4斷開，S2、S3閉合時(shí)，負(fù)載電壓uo為負(fù)。直流電交流電逆變電路最基本的工作原理 改變兩組開關(guān)切換頻率，可

5、改變輸出交流電頻率。圖5-1 逆變電路及其波形舉例a)b)tuoiot1t2電阻負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流io和uo的波形相同，相位也相同。阻感負(fù)載時(shí)，io相位滯后于uo，波形也不同。換流電流從一個(gè)支路向另一個(gè)支路轉(zhuǎn)移的過程，也稱為換相。開通：適當(dāng)?shù)拈T極驅(qū)動(dòng)信號(hào)就可使器件開通。關(guān)斷：全控型器件可通過門極關(guān)斷。半控型器件晶閘管，必須利用外部條件才能關(guān)斷。一般在晶閘管電流過零后施加一定時(shí)間反壓，才能關(guān)斷。研究換流方式主要是研究如何使器件關(guān)斷。1、 電壓型逆變電路1）逆變電路的分類 根據(jù)直流側(cè)電源性質(zhì)的不同電壓型逆變電路又稱為電壓源型逆變電路Voltage Source Type Inverter-VSTI直

6、流側(cè)是電壓源電流型逆變電路又稱為電流源型逆變電路Current Source Type Inverter-VSTI直流側(cè)是電流源3.4.1 三相電壓型逆變電路三個(gè)單相逆變電路可組合成一個(gè)三相逆變電路應(yīng)用最廣的是三相橋式逆變電路圖5-9 三相電壓型橋式逆變電路電路結(jié)構(gòu)分析 如果把三相負(fù)載ZA、ZB、ZC作為三相整流電路變壓器的三個(gè)繞組，那么三相橋式逆變電路即為三相橋式可控整流電路與三相橋式不控整流電路的反并聯(lián)，其中，可控電路用來實(shí)現(xiàn)直流到交流的逆變功能，不控電路為感性負(fù)載電流提供續(xù)流回路，完成電流續(xù)流或能量反饋，因此二極管VD1VD6稱為續(xù)流二極管或反饋二極管。這種三相橋式逆變電路在交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。工作原理分析 三相橋式逆變電路開關(guān)器件的導(dǎo)通次序和整流電路一樣，也是VT1、VT2、VT3各器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)依次互差60。根據(jù)各器件導(dǎo)通時(shí)間的長短，分為180導(dǎo)通型和120導(dǎo)通型兩種。圖5-10電壓型三相橋式逆變電路的工作波形（a）（b）（a）相電壓波形 （b）線電壓波形120導(dǎo)通型三相逆變電路輸出電壓波形3.4.2 三相電流型逆變電路 在電流電源上串聯(lián)大電感，電流基本無脈動(dòng)，相當(dāng)于電流源；大電感能起到緩沖武功能量的作用，則不必給開關(guān)器件反并聯(lián)功率二極管。應(yīng)用 新能源汽車上裝配有多種采用交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的輔助設(shè)備，如空調(diào)系統(tǒng)的壓縮機(jī)，轉(zhuǎn)向助力器等，它們